【正文】 成公 路的 交通阻 塞，使 公路的使 用效率 大大降 低。 例如 ，京滬 高速 公路江 蘇沂淮 段在一年時(shí)間內(nèi)因車輛超限所造成的交通事故共 46 起，死亡 61 人，傷 123人。 （ 2）嚴(yán)重的環(huán)境污染。針對超載車輛，主要有以下幾個(gè)不良影響： （ 1）加速公路路面損壞和大大縮短了公 路使用年限。鑒于這種情況，在超載車必經(jīng)的道路下埋上檢測儀器，通過電腦自動(dòng)識(shí)別是否超載就顯得尤為重要。本設(shè)計(jì)采用 AT89C51 單片機(jī)作為研究系統(tǒng)處理的核心，利用橋式稱重傳感器 WPL110 將車輛載重量等量轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)；然后通過放大電路將電壓信號(hào)調(diào)理后送到 A/D 轉(zhuǎn)換芯片 TLC0838 轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)并計(jì)算出載重量； 所得的載重量將通過 RS485 接口電路送到上 位機(jī)，上位機(jī)與設(shè)定的載重量作比較并判斷是否超載，若超載顯示超載的重量并報(bào)警。 關(guān)鍵詞 ： AT89C51 單片機(jī) ；傳感器 WPL110；檢測 超載；稱重 傳感器；A/D 轉(zhuǎn)換； 2 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )外文摘要 Title : Study on the detection system of vehicle overloading Abstract:The design for the motor overload detection system design, requires to determine whether motor overloads and when overloads gives an alarm and displays the weight of design uses AT89C51 microcontroller as the core system processing, the use of a bridge load weighing sensor WPL110 changed motor weight into voltage signals。 本設(shè)計(jì)是 車輛超載與檢測系統(tǒng)研究 ，這項(xiàng)研究可以判斷機(jī)動(dòng)車是否超載而求在車輛超載時(shí)能夠提供報(bào)警和顯示車輛超載的重量。在理論上，公路的使 用壽命 的設(shè)計(jì) 年限 是根據(jù) 《公路 工程 技術(shù)標(biāo) 準(zhǔn)》 的規(guī)定 來計(jì)算 設(shè)計(jì)的，在我國公路路面的荷 載為單軸雙輪荷載 10 噸來 設(shè)計(jì)的，司機(jī)若 按 7 這個(gè)荷 載承載 貨物運(yùn) 輸， 是不會(huì) 對公路 路面 造 成大 的損 害的， 而且， 不會(huì)增加 公路管 理局對 公路 路面的 維護(hù)量 。車輛超載必然使發(fā) 動(dòng)機(jī)超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，從而排出的濃 煙和噪 聲是正 常情 況下的 幾倍， 對自 然和社 會(huì)環(huán) 境的危 害是顯 而易見的。廣東京珠高速公路粵境 北段開通半年就已經(jīng)死傷 80 多人，經(jīng)交通 部門的專 家分析 ，與車 輛嚴(yán) 重超載 超限有 直接 關(guān)系。 由于超 載車輛 行駛 速度難 以提 高，形 成移動(dòng) 瓶頸，影 響鄰車 司機(jī)的 視野 ，造成 車輛行 駛緩 慢，漫 漫車 龍前后 綿延數(shù) 十公里。正 常營運(yùn) 的貨車，保守地按每車平均超 載 15 噸來計(jì)算 ，每年流失的養(yǎng)路費(fèi)高達(dá) 4 萬元，從 全國證 常營運(yùn) 的貨 車數(shù)量 不難算 出國 家每年 因車 輛超載 而流失 的稅費(fèi)將 是一個(gè) 龐大的 數(shù)目 。例如， 2020 年，由于國際油價(jià)的飆長，國內(nèi)成品油價(jià)格也相繼提高，某 些未進(jìn) 行超限 超載 試定的 省份或 地區(qū) ，運(yùn)輸 公司 或承運(yùn) 者惡意 違反道路交通規(guī)定，使車輛嚴(yán)重超限超載上路運(yùn)輸。要遏 制超限 運(yùn)輸 ，最大 可能 的減少 超限運(yùn) 輸造成的 危害， 需要做 很多 方面的 工作， 實(shí)現(xiàn) 對公路 汽車 的動(dòng)態(tài) 稱重， 無疑是其中很重要的一環(huán)。 傳統(tǒng)的 稱重方 法是 采用基 于電量 學(xué)的 汽車衡 (地秤 )， 然而 這種傳統(tǒng)的電量 學(xué)汽車 衡在耐 久性 指標(biāo)上 難以滿 足實(shí) 際工程 需要 ，因?yàn)?它具有 成本高、 精度低 、功能 簡單 、穩(wěn)定 性重復(fù) 性差 、靈敏 度低 和零點(diǎn) 漂移大 以及維修 復(fù)雜等 缺陷， 這樣 就給計(jì) 量工作 帶來 了的誤 差， 從而使 國家稅 費(fèi)流失。動(dòng) 態(tài)稱 重系統(tǒng) 一般 安裝在 高速公 路收費(fèi)站 前，當(dāng) 汽車駛 過的 時(shí)候， 重量被 記錄 下來， 顯示 給高速 公路的 路政管理 人 員。 要判斷 汽車是 否超 載首先 要知道 車輛 所裝載 的貨 物質(zhì)量 ，隨著 傳感器技 術(shù)和微 處理器 技術(shù) 的發(fā)展 ，利用 電子 技術(shù)也 可以 測量出 物體的 質(zhì)量進(jìn)而 實(shí)現(xiàn)對 汽車超 載的 監(jiān)控， 而且精 度可 以做的 很高 。 載貨汽 車超載 現(xiàn)象普遍 存在。為 了避 免超限 超載 車輛引 發(fā)的一 系列危害，歐共體成員國和美 國、加拿大等國 在上世紀(jì) 50 年代就開始對 汽車動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng) (weigh— in— motion． 簡稱 WIM)進(jìn)行研究并取得了相應(yīng) 11 的成果。 遍存在 的問題 是： 設(shè)備質(zhì) 量重 ，安裝 困難 ，工作 效率 低，影 響交通通行， 甚至誘 發(fā)交通 事故 ，危及 稽查人 員的 人身安 全。尤其是運(yùn)用技術(shù)手段對車輛超載行為進(jìn)行“主動(dòng)”治理。 目前， 在我國 廣泛 使用著 的車 輛動(dòng)態(tài) 稱重 系統(tǒng)， 動(dòng)態(tài) 稱重裝 置的秤體仍然 是采用 秤體平 臺(tái)跨 接在傳 感器上 ，使 稱重物 的重 量經(jīng)過 秤體結(jié) 構(gòu)再傳遞 到傳感 器上的 簡支 梁型的 橋式結(jié) 構(gòu)。6% 不等 [13]，但在 16km/h 以上更快速度下，會(huì)產(chǎn)生非真實(shí)的 車重值 甚至?xí)?由于 檢測速 度不夠 快而 導(dǎo)致丟 軸重 的情 況 發(fā)生。 （ 2）注重模型和實(shí)踐檢驗(yàn) 。 這是 由于采 用微控 制器 后，對 動(dòng)態(tài) 稱重信 號(hào)的實(shí) 時(shí)分析成 為可能 ，如機(jī) 械阻 抗分析 、數(shù)字 濾波 、傅立 葉分 析等， 這樣使 電子衡器 儀表的 數(shù)據(jù)處 理能 力有很 大的提 高， 使車輛 動(dòng)態(tài) 稱重技 術(shù)的國 內(nèi)發(fā)展展望。 C) 目 前國際 上還 沒有 規(guī)范 且權(quán) 威的 車輛 動(dòng)態(tài) 稱重 技術(shù) 標(biāo)準(zhǔn) ，僅有 14 一個(gè)得到西方國家承認(rèn)的國際參考標(biāo) 準(zhǔn) ASTM E1318— 94。 D)低速 WIM 系統(tǒng)的造價(jià)和維 護(hù)費(fèi)用都要低于高速 WIM 系統(tǒng)。 主 要設(shè) 計(jì)（ 研究 ）內(nèi) 容 本設(shè)計(jì) 涉及一 基于 單片機(jī) 設(shè)計(jì) 的機(jī)車 超載 檢測系 統(tǒng)， 在高速 公路收費(fèi)口的 路面上 裝有固 定連 著傳感 器的鋼 板， 當(dāng)汽車 經(jīng)過 時(shí)，車 輛的重 量就會(huì)被 稱重傳 感器測 量出 來，送 到變送 器處 理后， 再傳 送到計(jì) 算機(jī)， 經(jīng)過分析判斷，就會(huì)對超載車輛發(fā)出警報(bào)。 解 決的 關(guān)鍵 問題 本系統(tǒng)需要解決的關(guān)鍵問題如下： （ 1）尋 找適合現(xiàn)場條件的稱重傳感器。 （ 3）鍵盤輸入。 （ 5）與上位機(jī)的通信（標(biāo)準(zhǔn) MODBUS 通信）。 方 案設(shè) 計(jì) 方案一 處理器基于 AVR 的機(jī)動(dòng)車超載檢測系統(tǒng)。系統(tǒng) 經(jīng)過初始化之后，先用鍵盤 設(shè)定載重上限值，然后采集數(shù)據(jù)，由 AVR 單 片機(jī)判斷是否超載，超載要 發(fā)出報(bào)警。它取 消機(jī)器 周期 ，以時(shí) 鐘周 期為指 令周期 ， 18 實(shí)行流水作業(yè)。 51 系列 51 系列內(nèi)部的硬件到軟件有一套完整的按位操作系統(tǒng)，稱作位處理器，或 布爾處 理器。 51 系列的 I/O 腳的設(shè)置和使用非常簡單，當(dāng)該腳作輸入腳使用時(shí)，只須將該腳設(shè)置為高電平（復(fù)位時(shí)，各 I/O 口均置高電平）。 作輸出 腳使 用，欲 進(jìn)行 高電平 驅(qū)動(dòng)時(shí) ，得利用外電路來實(shí)現(xiàn)， I/O 腳不通，電 流經(jīng) R 驅(qū)動(dòng) LED 發(fā)光；低電 平時(shí)，I/O 腳導(dǎo)通，電流由該腳入地， LED 滅（ I/O 腳導(dǎo)通時(shí)對地的電壓降小于 19 1V， LED 的域值 ～ ）。X25045 內(nèi)部沒有故障檢測，而 MAX813L 內(nèi) 部自帶了看門狗躍遷檢測器 ，故選用 MAX813L。高精度、 低功效、全密封，適用于各類惡劣環(huán)境。故本設(shè)計(jì) 采用串行 A／ DTLC0838。 1LSB。一般 來說 LED 的工作電壓是 ，工作電流是； 5）通訊模塊的選擇：本設(shè)計(jì)采用 RS485 通訊網(wǎng)絡(luò)協(xié)議， RS485 驅(qū)動(dòng)器和接收器價(jià)格便宜，并且只需要單一的一個(gè) +5V（或者更低）的電 源來產(chǎn)生差動(dòng)輸出需要的最小 的壓差 。 +5V 為單片機(jī)、 TLC083顯示、鍵盤、蜂鳴器、 MAX813L 及 MAX485 的模擬電 源與數(shù)字電源； +12V 的電源是供給運(yùn)算放大器、傳感器和看門狗芯片的。 單 片機(jī) AT89C51 提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 4k 字節(jié) Flash 閃速存儲(chǔ)器 ， 128 23 字節(jié)內(nèi)部 RAM， 32 個(gè) I/O 口線，兩個(gè) 16 位定時(shí) /計(jì)數(shù)器，一個(gè) 5 向量 兩級(jí)中斷 結(jié)構(gòu)， 一個(gè)全 雙工 串行通 信 口， 片內(nèi) 振蕩器 及 時(shí) 鐘電路 。 芯片圖如圖 所示。電橋電路如圖 所示 ，它的四個(gè)橋臂由 RR R R4 組成 。 24 圖 電橋電路 2 工 作 方 式： 單臂工 作：電 橋中 只有一 個(gè)臂 接入被 測量 ，其它 三個(gè) 臂采用 固定電阻； 雙臂工 作：如 果電 橋兩個(gè) 臂接 入被測 量， 另兩個(gè) 為固 定電阻 就稱為雙臂工作電橋，又稱為半橋形式； 全橋方式：如果四個(gè)橋臂都接入被測量則稱為全橋形式。 當(dāng)電橋 輸出端 接有 放大器 時(shí)， 由于放 大器 的輸入 阻抗 很高， 所以可以認(rèn)為 電橋的 負(fù)載電 阻為 無窮大 ，這時(shí) 電橋 以電壓 的形 式輸出 。 由此可 見，電 阻應(yīng) 變片、 彈性 體和檢 測電 路是電 阻應(yīng) 變式稱 重傳感器中不 可缺少 的幾個(gè) 主要 部分。因?yàn)榛菟沟?電橋具 有很多 優(yōu)點(diǎn) ，如可 以抑制 溫度 變化的 影響 ，可以 抑制側(cè) 向 26 力干擾 ，可以 比較方 便的 解決稱 重傳感 器的 補(bǔ)償問 題等 ，所以 惠斯登 電橋在稱重傳感器中得到了廣泛的應(yīng)用。 傳感器 量程的 選擇 可依據(jù) 秤的 最大稱 量值 、選用 傳感 器的個(gè) 數(shù)、秤體的自 重、可 能產(chǎn)生 的最 大偏載 及動(dòng)載 等因 素綜合 評(píng)價(jià) 來確定 。傳 感器型 式的 選擇主 要取決 于稱 量的類 型和 安裝空 間，保 證安裝合 適，稱 量安全 可靠 ；另一 方面， 要考 慮廠家 的建 議。 一臺(tái) 電子秤 主要 是由秤 體、傳 感器、儀 表三部 分組成 ，在 對傳感 器準(zhǔn)確 度選 擇的時(shí) 候， 應(yīng)使傳 感器的 準(zhǔn)確度略 高于理 論計(jì)算 值， 因?yàn)槔?論往往 受到 客觀條 件的 限制， 如秤體 的強(qiáng)度差 一點(diǎn)， 儀表的 性能 不是很 好、秤 的工 作環(huán)境 比較 惡劣等 因素都 直接影響 到秤的 準(zhǔn)確度 要求 ，因此 要從各 方面 提高要 求， 又要考 慮經(jīng)濟(jì) 效益，確保達(dá)到目的。為 了適 應(yīng)各種 衡器的 結(jié)構(gòu) 安裝需 要， 稱重傳 感器做 成了各種 各樣的 結(jié)構(gòu)形 式， 如橋式 稱重傳 感器 、懸臂 梁式 稱重傳 感器、 柱式稱重傳感器、箱式稱重傳感器、 s 型稱重 傳感器等。適用于車載專用秤、天車秤及車輛輪、軸力的測量。適 用于 汽車衡 、軌道 衡以及各類電子衡器等。由于 OP07 具有非常低的輸入失調(diào)電壓（對于 OP07A 最大為 25μV ），所以 OP07 在很多應(yīng)用場合 不需要額外的調(diào)零措施。 3V 至177。并行方式一般在轉(zhuǎn)換后可直接讀取 數(shù)據(jù)，但芯片的引腳比較多；串行方式所用芯片引腳少、封裝小，在 PCB 板上占用的空間也小，但需要通過軟件處理才能得到所需要的數(shù)據(jù)，故本設(shè)計(jì)采用 TLC0838。另外，其 輸進(jìn)基準(zhǔn)電壓大小可以調(diào)整 。更高 的可達(dá)－ 40℃～ +125℃。 作 特點(diǎn)： TLC0838 可通過和微控制器相連的串行數(shù)據(jù)鏈路來傳送控制命令，在使用前需要對通道進(jìn)行選擇和輸進(jìn)端進(jìn)行配置，其控制邏輯表如表 3 所列。圖中，單片機(jī)的 接 TLC0838 的片選信號(hào)， 用于產(chǎn)生 A／ D轉(zhuǎn)換的時(shí)鐘， 為一個(gè)雙 向 I／ O 口，可 用于對模擬輸進(jìn)進(jìn)行配置及 輸出轉(zhuǎn)換所得的數(shù)據(jù)。整體接口電路如圖 所示： 34 圖 采集模塊整體硬件接口電路 鍵 盤模 塊 矩陣式鍵盤的結(jié)構(gòu)及工作原理 ： 在 鍵盤中按鍵數(shù)量較多時(shí)，為了減少 I/O 口的占用，通常將按鍵排列成矩陣形式，如圖 所示。矩陣式 結(jié)構(gòu)的 鍵盤顯 然比 直接法 要復(fù)雜 一些 ，識(shí)別 也要 復(fù)雜一 些，上 圖中，列線通過電阻接正電源，行線所接的 8255 PC 口（ PC7— PC4） 作為輸出端，列線所接的 8255 PC 口（ PC3— PC0） 作為輸入。 介紹一種確定矩陣式鍵盤上何鍵被按下 的方法 —— “ 行掃描法 ” 。 判斷閉 合鍵所 在的 位置 ： 在確 認(rèn)有鍵 按下 后，依 次將 行線置 為低電平，即 在置某 根行線 為低 電平時(shí) ，其它 線為 高電平 。 36 圖 顯示電路 由圖可見， 先從 PB 口 選通要點(diǎn)亮的的數(shù)碼管代碼 ，然后 CPU 送來的二進(jìn)制數(shù)字代碼從 8255A 的 A 口輸出，并 經(jīng) 7407 驅(qū)動(dòng)后與 LED 相連 。將數(shù)字 0～ F(也可以是 0～ 9)所對應(yīng)的七段 代碼組成一個(gè)表 ，進(jìn)行查表，就可求得 各數(shù)字 對應(yīng) 的七段 代碼 值。在工作中，單片機(jī)需要定時(shí)向上位 PC 機(jī)傳送大批 量的采樣數(shù)據(jù)。 RS485 有兩線制和四線制兩種接線，四線制只能實(shí)現(xiàn) 點(diǎn)對 點(diǎn)的通信 方式， 現(xiàn)很少 采用 ，現(xiàn)在 多采用